Industria 4.0:la historia, los beneficios y las tecnologías

Actualizado el 25 de febrero de 2021

Guía del fabricante para la Cuarta Revolución Industrial:

• ¿Qué es Industria 4.0?
• Por qué es importante la Industria 4.0
• Qué está impulsando el movimiento hacia la Industria 4.0
• La evolución de la fabricación
• Cómo implementar con éxito las soluciones de Industria 4.0
• Beneficios de la Industria 4.0
• Retos de la Industria 4.0
• Tecnologías Industria 4.0

¿Qué es Industria 4.0?

Industria 4.0, también conocida como la Cuarta Revolución Industrial, o 4IR, es un término que abarca todo para referirse a la forma en que las computadoras, los datos y la automatización evolucionan y se unen para cambiar. la forma en que se realiza el trabajo y, en particular, la fabricación.

Basándose en la tercera revolución industrial que incluyó la creación de la PC e Internet, Industry 4.0 lleva la tecnología a la siguiente evolución al desdibujar las líneas entre los mundos digital y físico. Elementos como la automatización, la IA, el IoT y más son cada vez más frecuentes. Mientras que las revoluciones industriales del pasado consistían esencialmente en el avance de la tecnología, la Industria 4.0 se trata más de la evolución de la tecnología y su impacto en la vida cotidiana.

Por qué es importante la Industria 4.0

Mientras que los cambios industriales y los avances tecnológicos en el pasado podrían haber sido caracterizados tanto por crear problemas como por resolver algunos, la Industria 4.0 se trata de tomar lo que existe y mejorarlo. Entonces, si bien la tecnología como la computación a gran escala y la adquisición de datos no es nueva, la aplicación de la capa 4.0 de computación en la nube significa que los datos que antes se retenían en silos ahora se pueden compartir en muchos niveles de una organización y en todo el mundo.

Alejándose de la fabricación tradicional, Industry 4.0 puede reducir la tensión de muchos de los desafíos que enfrenta actualmente la industria, incluida la competencia en un mercado global con su volatilidad concomitante, acortar ciclos de producción de productos cada vez más complejos, lo que permite la capacidad de revisar y analizar datos, lo que resulta en información valiosa. Las tendencias que cambian ya no son preocupantes, ya que las empresas pueden corregir el rumbo con la máxima flexibilidad y el mínimo costo, y el mantenimiento predictivo genera más eficiencia y un resultado final más sólido.

Dado que la Industria 4.0 no se trata solo de hacer avanzar la tecnología, sino de evolucionarla, los indicadores económicos se centran en la innovación, en lugar de la creación. Una empresa puede innovar y crear un nuevo modelo de negocio, desde la idea inicial hasta la implementación, en un ciclo mucho más rápido que en el pasado.

En lugar de eliminar la necesidad de la interacción humana, como lo hicieron algunos aspectos de las revoluciones industriales anteriores, Industry 4.0 está innovando en tecnología para poner al cliente en primer lugar. Una comercialización más rápida, la producción bajo demanda y los niveles de personalización más sencillos garantizan la satisfacción del cliente en un nivel completamente nuevo. Incluso las personas que trabajarán con máquinas que han sido mejoradas por el IoT o la robótica y la automatización verán mejorado su lote ya que las tareas simples y repetitivas serán eliminadas a favor de trabajar en la resolución de problemas o la innovación.

¿Qué está impulsando el movimiento hacia la Industria 4.0?

Hay un par de necesidades que están impulsando a los fabricantes a adoptar la Industria 4.0.

Primero, y más valioso, es el cliente. Sus deseos y necesidades cambian constantemente, al igual que su demanda de productos más rápidos, más baratos y que siguen utilizando menos recursos que en el pasado. Además, la personalización es el nombre del juego, que era costoso e ineficiente en evoluciones anteriores de la tecnología pero que, con la Industria 4.0, puede convertirse en la norma. La impresión 3D, por ejemplo, puede permitir la producción de tiradas cortas y rápidas en un artículo altamente personalizado, a un costo marginalmente más alto que el de una producción completa.

Luego están los datos en sí:la capacidad de adquirir y analizar las cantidades de datos históricos que los fabricantes producen constantemente es inteligencia utilizable para permitir la planificación de la demanda, la producción y el mantenimiento. Aumentar la eficiencia y la productividad, al mismo tiempo que se garantiza una alta calidad del producto final, es bueno para la salud de un fabricante.

Finalmente, la capacidad de aprovechar la computación en la nube y la conectividad significa que las limitaciones del mercado global son prácticamente nulas. La distancia y las diferentes zonas horarias ya no son un problema cuando los trabajadores de todos los niveles pueden acceder a los datos que necesitan, desde los recursos de la cadena de suministro hasta la producción y el envío, en tiempo real, que se muestran en formas que son importantes para cualquier usuario.

La evolución de la fabricación:una breve historia de las revoluciones industriales

La fabricación ha cambiado sustancialmente desde sus humildes comienzos. Ha habido cuatro avances tecnológicos importantes que se alinean con cada una de las cuatro revoluciones industriales

La Primera Revolución Industrial

Esto es cuando la fabricación se volvió hacia herramientas y maquinaria. La tecnología popular de esta era, que ocurrió desde finales de 1700 hasta principios de 1800, incluía el telar mecánico, la máquina cardadora, la mula giratoria y la hiladora jenny. El agua se utilizó para alimentar equipos como el telar mecánico, y esta tendencia progresó a su contraparte de alta potencia, el vapor. Los motores de vapor se hicieron populares para una variedad de casos de uso durante este tiempo. Esto contrasta con el trabajo manual humano y animal que se usaba antes de esta Revolución.

La Segunda Revolución Industrial

Desde finales de 1800 hasta principios de 1900, la Segunda Revolución Industrial marcó un período de rápidos avances tecnológicos que llevaron a una mayor industrialización y estandarización debido a la necesidad de piezas intercambiables para respaldar dicho crecimiento. Fue entonces cuando nació la línea de producción tal como la conocemos. La tecnología popular y los principales avances incluyeron energía eléctrica, teléfonos, acero y el primer barco moderno.

La Tercera Revolución Industrial

La Tercera Revolución Industrial a veces se denomina Revolución Digital gracias a la rápida adopción de la electrónica digital. Los microprocesadores, las PC, los teléfonos celulares e Internet fueron tecnologías importantes durante la Tercera Revolución Industrial que ocurrió en la última parte del siglo XX. Esto marcó el comienzo de la era de la información.

La Cuarta Revolución Industrial

La automatización es el gran diferenciador en la Cuarta Revolución Industrial (Industria 4.0). La comunicación de máquina a máquina y la tecnología IoT han dado como resultado fábricas inteligentes, sensores inteligentes, mantenimiento predictivo utilizando datos de máquina y aprendizaje automático, y la fabricación aditiva, todos provenientes de la Cuarta Revolución Industrial. Este período elimina a los humanos del ciclo cuando corresponda. Muchos expertos consideran que este es nuestro lugar actual en la historia.

La Quinta Revolución Industrial

Algunos expertos creen que ahora estamos del otro lado de la Industria 4.0 y, en cambio, estamos en la cúspide de la Quinta Revolución Industrial (Industria 5.0). Si bien persisten los desacuerdos, 5IR otorga gran importancia a la inteligencia humana. Es durante esta revolución industrial que los humanos y las máquinas deben trabajar juntos para lograr el progreso. Un ejemplo de lo que podría considerarse tecnología 5IR en ciernes es Neuralink de Elon Musk o Paneles de operador de MachineMetrics, que superponen el contexto humano con los datos de la máquina para un análisis de aprendizaje automático mejor y más preciso.

Cómo implementar con éxito las soluciones de Industria 4.0

Hay tres formas clave de garantizar que la implementación de Industria 4.0, y en particular la integración de IoT en la planta, en su entorno de fabricación se realice sin demasiado dificultad:

1. Asegúrese de no atascarse con la regla 20/60/20 de gestión de cambios. Aquí es donde el 20% de su fuerza laboral está firmemente de acuerdo con sus planes, el 60% está de acuerdo pero es escéptico y el 20% no está contento con todo. Si bien el 100% de aceptación en cualquier plan de gestión de cambios no es probable en el mejor de los casos, ese último 20%, cuando se trata de integrar IoT industrial, puede ser difícil de ignorar. Una forma en que puede mejorar el 60% es reconocer a aquellos que son reacios al cambio y ver si puede profundizar en el por qué, y entrar en una discusión sobre ese panorama general. Incluir a las personas puede ayudar a que sientan que tienen un interés en los cambios. Además, invertir en capacitación es la mejor manera de compensar la incomodidad a largo plazo. Si las personas entienden el POR QUÉ y el CÓMO, estarán más felices de participar en el viaje.
2. Haga el cambio al mantenimiento proactivo. Antes de la Industria 4.0 y la falta de conectividad de máquinas, big data y análisis basados ​​en la nube, el mantenimiento era por defecto reactivo. Había cierta capacidad para planificar el mantenimiento gracias a los patrones históricos pero, en general, el estilo estándar era esperar a que fallara antes de solucionar un problema. Con un sólido análisis de datos, los fabricantes pueden aprovechar la Industria 4.0 no solo para predecir patrones y tendencias con el fin de programar tiempos eficientes de mantenimiento y producción, sino que también pueden alcanzar una etapa de detección autónoma, autocorrección o reparación por parte de las máquinas.
3. Comparta sus datos pero también protéjalos. Una de las grandes ventajas de Industry 4.0 es la capacidad de compartir datos en tiempo real, incluso con proveedores externos. Si pueden ver cómo es su demanda, pueden pronosticar mejor para aprovisionarlo adecuadamente. Con ese intercambio surge la necesidad de garantizar que sus datos estén seguros. La ciberseguridad es un pilar fundamental en lo que respecta a la Industria 4.0, con almacenamiento de datos, gestión y conectividad inalámbrica basados ​​en la nube. Configurar eso desde el principio asegurará que no tenga un problema posterior que requiera una solución actualizada.

Beneficios de la Industria 4.0

Eficiencia y productividad mejoradas

Cuando saca al ser humano del circuito, también elimina las ineficiencias e imprecisiones humanas. Con una mejor asignación de recursos basada en números, se necesitan menos recursos para mantener niveles óptimos de productividad. El tiempo de inactividad se vuelve menos frecuente cuando los datos y el aprendizaje automático se unen para el mantenimiento predictivo y prescriptivo, manteniendo las máquinas en óptimas condiciones sin sacrificar el espacio del almacén por un exceso de suministro de piezas de repuesto innecesarias o participar en el tiempo de inactividad programado regularmente.

Agilidad mejorada

Cuando las decisiones se basan en números que también se pueden cambiar a voluntad para ver escenarios alternativos, los fabricantes obtienen las recompensas de un aumento masivo en la agilidad. Con números para respaldar las decisiones, es posible cambiar rápidamente a medida que surgen oportunidades, incluso abrir oportunidades para series de producción únicas si ya se han satisfecho los suministros para la demanda prevista.

Más dinero

Esto proviene de una variedad de factores. Mayor eficiencia y productividad significan resultados maximizados. Los datos de los sensores utilizados para el mantenimiento predictivo reducen el tiempo de inactividad y los desechos. Una mejor planificación de recursos significa menos gastos generales para el gasto inicial de materiales, espacio de almacenamiento (que también se puede optimizar mediante ML) y costos operativos más bajos en general con un mayor potencial de ingresos.

Desafíos de la Industria 4.0

Grupos de datos abrumadores y dispares

Los fabricantes a menudo se ven inundados con más datos de los que pueden usar razonablemente. La utilidad de estos datos se agota por la falta de talento interno (o servicio externo) que comprenda cómo limpiar y organizar los datos (los datos correctos) para responder preguntas comerciales. Muchos fabricantes entraron en la Industria 4.0 esperando que las soluciones de datos fueran plug-and-play y que todas funcionaran juntas en armonía. Especialmente los primeros usuarios se entristecieron al descubrir que sus datos estaban en una variedad de formatos diferentes que no funcionaban juntos y que no había un botón de un solo clic que extrajera todos los datos para responder cualquier pregunta que tuvieran en ese momento. Los motores de normalización de datos y los entornos de ML de código bajo ahora resuelven algunos de estos problemas, convirtiendo la ciencia de datos de los ciudadanos en una bendición para las empresas que la usan y la permiten, pero muchos fabricantes todavía tienen almacenes de datos llenos de información sin forma de usarla.

Escasez de talento

Si bien hay muchas personas talentosas en el mundo, los tipos específicos de talento tienen más demanda ahora que nunca, y la oferta parece no poder mantenerse al día con la demanda. Los científicos de datos internos han sido un lujo durante la última década, e incluso aquellas empresas que han contratado a uno a menudo descubren que son un cuello de botella, porque están muy sobrecargados. Los científicos de datos han tenido en gran medida una opción de nombre-su-precio en los últimos tiempos debido a la extrema disparidad en la oferta y la demanda. Los analistas de datos, así como los entornos de aprendizaje automático de bajo código, han hecho que el proceso de implementación de nuevos algoritmos sea mucho más rápido y sencillo, pero sigue habiendo escasez de expertos en el campo de la ciencia de datos.

La cultura de la empresa contraataca

Las grandes transformaciones digitales pueden ser estresantes para los empleados. La falta de procedimientos de gestión del cambio ha dejado a muchas empresas en el caos, así como a muchos empleados temerosos de perder sus trabajos debido a la IA o a un robot (aunque esto no se alinea con la perspectiva de la Industria 5.0). Romper los silos y requerir la cooperación interdepartamental puede causar tensiones donde antes había competencia. La cultura de la empresa tiene que evolucionar hacia un lugar abierto, innovador y colaborativo para que los beneficios de la Industria 4.0 se realicen por completo, y la acción rápida basada en datos en lugar de una larga deliberación finalmente gana en el entorno empresarial moderno.

Tecnologías de Industria 4.0

¿Cuáles son las soluciones y tecnologías que llegan como parte de las innovaciones de la Industria 4.0? Tenemos un artículo completo sobre las tecnologías 4IR, pero aquí hay un breve resumen de las 10 principales:

Big Data y análisis

Esta es la cantidad masiva de datos recopilados mediante sensores, píxeles de seguimiento, encuestas y cualquier otro flujo de datos, dónde se almacenan estos datos y los medios a través de los cuales se analizan, como el uso de la computación de punta y el aprendizaje automático.

Robots autónomos

Estos son robots que trabajan solos, sin intervención humana. Usando ML, estos robots pueden tomar decisiones y correcciones sobre la marcha para llevar a cabo las tareas para las que están programados.

Simulación/Gemelos digitales

Esta es una versión digital de un sistema, como el piso de producción de una fábrica. Mediante el uso de sensores en equipos de fabricación y dispositivos digitales similares, las empresas pueden ver un "gemelo" virtual de un sistema que luego pueden usar para análisis, pruebas, etc.

Sistemas horizontales y verticales

Esto se refiere a la conexión de todos los aspectos de un sistema, tanto horizontal como verticalmente, como los departamentos que trabajan juntos en las instalaciones, así como el intercambio de datos de la máquina y la interacción entre los diferentes niveles de antigüedad.

IoT industrial (IIoT)

Este es cualquier dispositivo IoT utilizado en un entorno industrial, como un control HVAC inteligente o un sensor de máquina de fabricación. La plataforma IIoT de MachineMetrics transforma los datos de su taller de conocimientos en acciones con potentes aplicaciones que reducen el tiempo de inactividad de la máquina, aumentan su rendimiento y maximizan la rentabilidad impulsada por su equipo de fabricación.

Tecnología de ciberseguridad

La ciberseguridad es crítica en IR4 porque la afluencia de máquinas significa un mayor número de vulnerabilidades de seguridad que deben protegerse.

La Nube

Este es un almacenamiento de información accesible fuera del sitio al que generalmente se accede a través de Internet. No requiere hardware local y los fabricantes pueden aprovecharlo para acceder a los recursos informáticos a pedido sin tener que administrar activamente esos recursos.

Fabricación aditiva

Esta es la fabricación que no quita cosas cortando, esmerilando, etc., sino que agrega material para crear un objeto. La impresión 3D es el ejemplo más destacado.

Inteligencia Artificial

La IA hace referencia a las máquinas que pueden aprender y llegar a conclusiones por sí mismas basándose en la formación de conexiones utilizando datos de entrenamiento y oportunidades de predicción continuas.

Realidad Aumentada

AR se refiere a la superposición de información en el mundo físico. Los ejemplos notables incluyen los filtros de Snapchat y Pokémon Go, pero también existen muchos casos de uso en el mundo de los negocios, especialmente en lo que respecta a la capacitación y el mantenimiento.